高频电子技术 复习

实际的谐振功率放大器应包括匹配电路和直流馈电电路，有了它们 才能使谐振功率放大器的传输效率更高及达到一个合适的工作电压等。 什么是馈电电路？ 供给电能，向另一个电路供电的电路。 这里是给晶体管输入信号偏置的电路。 什么是匹配电路？
负载阻抗与电源内阻抗或与传输线波阻抗之间的特定配合关系。 这里是通过设置匹配网络来使负载的阻抗提升或降低至特定值。
300MHz～3GHz 3GHz～30GHz 30GHz～300GHz
甚高频VHF
特高频UHF 超高频SHF 极高频EHF
直线传播、对流层散射；通信、电 视广播、调频广播、雷达
直线传播、散射传播；通信、中继 与卫星通信、电视广播、雷达 直线传播；终极与卫星通信、雷达 直线传播；微波通信、雷达
0.1.8无线电波的传播特性
以上所有5种三点式振荡器均采用LC元件作为选频网络。由于LC元件 的标准性较差，因此回路的品质因数Q较差，一般不超过300，有负载 的话更低。所以这种电路的频率稳定度不高，在10-3到10-5之间。如 果需要更高稳定的振荡器，应采用晶体振荡器。
3.4.2 石英晶体振荡器
石英晶体在振荡电路中应用方式的不同分为两大类： 串联晶体振荡器：石英晶片以低阻抗接入振荡电路。 并联晶体振荡器：晶片工作在在fP和fs之间，以感抗性质与其他电抗 元件组成振荡电路。
0.1.7高频的定义
• 狭义的“高频”是指3MHz～30MHz的短波频段。 • 广义的“高频”是指射频，其频率范围非常宽，理论上可到 3MHz～+∞Hz的无穷范围，但以目前的科技水平，频率最高只用到 3GHz。
波段名称 波长范围 频率范围 频段名称 主要传播方式和用途
长波LW
中波MW 短波SW
103～104m
2.3.1 非线性电路的特性1
线性元件： 定义：元件参数与两端电压或电流无关。 实用： 电阻、 电容、 空心电感。 线性电路： 定义：由线性元件和工作在线性状态的非线性元件组成的电路。 实用： 串联谐振回路、 并联谐振回路、 高频小信号放大器、 A类线性功率放大器、 B类推挽功率放大器。
2.3.1 非线性电路的特性2
矩形系数与级数的关系
级数n 矩形系数Kn0.1 1
9.95
2
4.90
3
3.74
4
3.40
5
3.20
6
3.10
7
3.00
8
2.93
9
2.85
10
2.80
∞
2.56
注意问题： 1. 只有1级时，认为是单调谐放大器，矩形系数是10。 2. 随着级数增加，矩形系数变化越来越慢，太多级数已不能达到很好 的效果，一般在实际应用到4、5级就可以了。 3. 无限级时的矩形系数为2.56，相对10有较大改善。
. |AU| AUO
. |AU|(fn) 0.1AUO fn f0 BW0.7 BW0.1 f
高频小信号放大器的典型幅频曲线
1.1.3矩形系数
通频带与选择性是互相制约的，通频带越 宽，对特定频率的选择性就越差。 在图中虚曲线所示的幅频特性曲线的通频 带比实曲线所示通频带要宽，此时的选择性S比 较大，选择性较差。 为使放大器的通频带与幅频特性同时达到 理想的要求，应尽量使放大器的幅频特性曲线 接近理想矩形，如实曲线。 为此要引用“矩形系数 K ”这一参数，它 定义为放大器的电压增益下降到谐振增益的0.1 或0.01时的通频带BW0.1与放大器通频带BW0.7之 比。
. |AU| AUO
fn
f0 BW0.7 BW0.1
f
矩形系数越接近1，放大器在满足通频带 的性况下选择性越好。
高频小信号放大器的典型幅频曲线
1.2谐振回路
谐振回路也称振荡回路，是最常用的选频网络，它由电感线圈和 电容组成。 简单的谐振回路分为3大类： 1、串联谐振回路 2、并联谐振回路 3、耦合谐振回路
102～103m 10～100m
30KHz～300KHz
200KHz～3MHz 3MHz～30MHz
低频LF
中频MF 高频HF
地波；远距离通信
地波、天波；广播、通信、导航 地波、天波；广播、通信
超短波VSW
分米波 微 波 厘米波 毫米波
1～10m
10～100cm 1～10cm 1～10mm
30MHz～300MHz
3.1.3 导致振荡频率不稳定的因素
温度变化的影响： 环境温度和设备自身的发热的变化将影响回路元件的几何尺寸（热 胀冷缩），进而改变电容介电常数、电感量数值、电阻值。 电源电压变化的影响：
当电源电压变化时，必定引起有源器件参数和振荡器工作状态变化， 严重引起不稳定增加、不起振、振幅太小等问题。
3.1.2 振荡器的主要技术指标1
振荡器满足的4个指标： 幅度准确指标：生成的信号必须满足一定准确的幅度以便下级电路使 用，不应存在无法达到目标的信号幅度。 频率准确指标：生成信号的频率必须能达到某一指定的准确频率，不 应存在无法起振的高频率。 幅度稳定指标：信号每个周期的幅度值应保持一个精确的稳定状态， 不应有细微的抖动。 频率稳定指标：信号应保持在一个精确的频率值，不应有细微的频率 变化，频率稳定指标是比较重要的指标。
2.1.2 高频功率放大器的分类
与低频功放类似，高频功放的工作装他也取决于其偏置情况、输入 信号和电平高低。根据晶体管集电极电流在输入信号周期内的导通时间， 高频功放可分为A类、B类、C类、D类、AB类和E类等： A类功率放大器：在输入信号的整个周期内集电极有电流流通。 B类功率放大器：只在输入信号的半个周期内集电极有电流流通。 C类功率放大器：在小于输入信号的半个周期内集电极有电流流通。 A类、B类（推挽电路形式）功率放大器的输出信号没有非线性失真， 因此它们是线性功率放大器。 B类（单管形式）、C类、D类、E类等高频功率放大器的输出信号在 波形上有非线性失真，应再接入LC谐振回路以组成谐振功率放大器，它 们称为非线性功率放大器。
三 点 式 振 荡 器 基 本 结 构 X1 X2
X3
3.3.2 三点式振荡器2
三点式振荡器工作原理 三点式振荡器的电路应满足平衡条件， 即电路构成正反馈。 因此必须要求X1、X2为性质相同的电 抗元件。 而且振荡回路应近似有谐振状态，于 是有： 因此，X3为X1、X2性质相反的电抗元件。
X3 X1 X2
X3
X1
X2 并联晶体振荡器 串联晶体振荡器
4.3.1 二极管调幅电路
无线电信号的传播方式、传播距离、传播特点等，由无线电信号的频率决定。 a) 直射—电视、调频广播，移动通信，中继与卫星等；超短波 b) 绕射—波长长，地面吸收少，绕射能力强；广播、通信；中长波；条件：λ〉物体 c) 折射和反射（天波）—借助60~600km的电离层；广播、通信；短波；条件：物体〉λ d) 散射传播—借助10~12km的对流层；分米、厘米波；条件：阻挡物体多，体积小于波长。
3.3.2 三点式振荡器4
电容三点式振荡器：
电容三点式振荡器又称毕兹振荡器，原理如图所示：
L
C1 C2
Re
3.3.2 三点式振荡器8
电感三点式振荡器： 电感三点式振荡器又称哈达莱振荡器，原理如图所示：
C
L1 L2
Re
3.3.2 三点式振荡器12
克拉泼电路（电容三点式改进型1）：
由于电容三点式电路比电感三点式电路 性能更好，但为了改进电容三点式电路的稳 定度，现对其进行改进，改进后成为克拉泼 电路。 相当于在电感上串联了1个电容。
1. 谐振增益：放大器在谐振点处的电压 增益AUO（或功率增益），其值可用分 贝（dB）表示。它表示放大器对有用 信号的放大性能。 2. 通频带：当前放大器增益比谐振时的 增益减少3dB时（即AU下降到 ）， 所对应的频率范围（BW0.7）。为了不 失真地放大高频信号，该频率范围应 包括所有有用信号的频谱宽度。 3. 选择性：放大器从含有不同频率的信 号中，选出有用信号，排除干扰信号 的能力用S表示，S越小选择性越好。
0.1.6高频电子在无线通信的优势
1. 发射功率大：频率越高，在振荡功率不变的情况下， 发射功率越高。 2. 覆盖范围远：低频电磁波因波长太长和发射功率低 的关系，不可能远距离传输。 3. 频率资源广：3MHz～+3GHz都是高频的频率范围，理 论频率资源无限！ 4. 微型化、集成化：天线长度=波长/4，因此越高频率 的收发系统可以做得越小，甚至可在集成在单芯片 中。
V1
单调谐 放大器 第一级
V2
单调谐 放大器 第二级
V6
V3
单调谐 放大器 第三级
GND
GND
GND
V4
单调谐 放大器 第四级
V5
单调谐 放大器 第五级
GND
GND
GND
多级单调谐放大器 之 五级单调谐放大器
1.4.2多级单调谐放大器6
由矩形系数的公式可知，矩形系数的值只与级数n有关，若同结构参 数的多级单调谐放大器若固定了级数n，那么它的矩形系数是恒定的。
串联谐振 回路 并联谐振 回路
最小 回路呈电 阻性 最大 回路呈电 阻性
最大
正
最小
负
串联谐振回路适用于信号源与负载串联连接，使信源有效传递给负 载。 并联谐振回路适用于信号源与负载并联连接，使负载上的电压振幅 增大。
1.4.2多级单调谐放大器1
多级单调谐放大器就是把多个单调谐放大器首尾相接，每个单调谐 放大器作为一个放大级，信号经过各个放大级逐级放大的电路。
L C3 C1 C2
Re
3.3.2 三点式振荡器14
西勒电路（电容三点式改进型2）：
针对克拉泼电路改变C3同时改变环路 增益的缺点，西勒电路对其作出改善：
C4 C3
L
C1 C2
3.3.2 三点式振荡器17